医学影像学总论不同成像技术的特点和临床应用PPT课件.pptVIP

1 总论 2 医学影像的发展 3 医学影像的发展 影像医学发展逐渐形成了3个主要的阵营 经典医学影像学 以X线 CT MR 超声成像等为主 显示人体解剖结构和生理功能 以介入放射学为主体的治疗学阵营 分子影像学 以MR PET 光学成像及小动物成像设备等为主 可用于分子水平成像 医学影像技术的发展大概经历了三个阶段 结构成像 功能成像和分子影像 4 分子影像学 分子影像学 用影像技术在活体内进行细胞和分子水平的生物过程的描述和测量 分子影像学是医学影像技术和分子生物学 化学 物理学 放射医学 核医学以及计算机科学相结合的一门新的学科 1999年美国哈佛大学Weissleder最早提出分子影 成 像学 molecularimagingMI 的概念 即应用影像学的方法对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究 5 分子影像学 分子影像学在分子生物学与临床医学之间架起了相互连接的桥梁 被美国医学会评为未来最具有发展潜力的十个医学科学前沿领域之一 是二十一世纪的医学影像学 6 分子影像学 分子影像技术有三个关键因素 第一是高特异性分子探针 第二是合适的信号放大技术 第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统 目前最为常用的分子影像学技术有核医学成像技术 尤以PET的分子显像研究最具活力 另外 MR成像及MR波谱成像 MRS 光学成像以及红外线光学体层亦颇多使用 7 分子影像学 分子影像学的优势 可以概括为三点 分子影像技术可将基因表达 生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像 使人们能更好地在分子细胞水平上了解疾病的发生机制及特征 能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程 可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果 8 第一节不同成像技术的特点和临床应用 9 不同成像技术的特点和临床应用 影像诊断的主要依据或信息的来源是图像 各种成像技术所获得的图像 不论是X线 超声 CT或MRI 绝大多数都是以由白到黑不同灰度的影像来显示 不同成像技术的成像原理并不相同 其图像上的灰度所反映的组织结构或表示的意义亦就有所不同 10 不同成像技术的成像基础 X线与CT 依据组织间的密度差异 黑 白灰度所反映的是对X线吸收值的不同MRI 依据组织间的弛豫时间差异 黑 白灰度所映的是代表弛豫时间长短的信号强度超声 依据不同组织所具有的声阻抗和衰减的声学特性 黑 白灰度代表的是回声的弱与强 11 X线图像的特点 X线图像是X线束穿透某一部位内不同密度和厚度组织结构后的投影总和 是该穿透路径上各个结构影像的相互叠加 这种叠加的结果 可使一些组织结构或病灶的投影因累积增益而得到很好的显示 但也可使一些组织或病灶的投影被覆盖而较难或不能显示 12 正常胸片 正常CR胸片 13 X线图像的特点 X线图像由自黑到白不同灰度的影像组成 属于灰度成像这种灰度成像是通过密度及其变化来反映人体组织结构的解剖和病理状态 14 X线图像的特点 人体组织结构的密度与X线图像上的密度是两个不同的概念前者是指人体组织单位体积物质的质量后者则指X线图像上所示影像的黑白程度两者之间有一定的关系 即物质的密度高 比重大 吸收的X线量多 在图像上呈白影 反之 物质的密度低 比重小 吸收的X线量少 在图像上呈黑影 低密度 中等密度 高密度 15 不同密度组织与x线成像的关系 16 由于X线束是从X线管向人体作锥形投射 因此 将使X线影像有一定程度放大并产生伴影 伴影使X线影像的清晰度减低 锥形投射使处于中心射线部位的X线影像有放大 但仍保持被照体原来的形状 并无图像歪曲或失真 而边缘射线部位的X线影像 由于倾斜投射 对被照体则既有放大 又有歪曲 X线图像的特点 17 18 X线图像的特点 普通X线图像是模拟成像 图像上的影像灰度和对比度与摄片参数 冲洗条件密切相关数字化X线成像 digitalradiography DR 克服了这一缺陷 如同其它数字化成像 通过灰阶处理和窗显示技术 可改变影像的灰度和对比度 从而使组织结构及病灶得到最佳显示 19 数字化图像的特点图像质量好 优于传统X线成像 可调节影像对比 最佳视觉效果 投照宽容度较大 减少了废片和重照 数字化存贮 节约胶片存储空间 PACS X线剂量减少 1 3 1 5 X线图像的特点 20 X线诊断的临床应用 X线用于临床疾病诊断已有百余年历史 尽管现代成像技术如超声 CT和MRI对疾病诊断显示出很大的优越性 但并不能完全取代X线检查 一些部位如胃肠道仍主要使用X线检查 而骨骼系统和胸部也多首选X线检查 21 X线诊断的临床应用 22 X线诊断的限度 中枢神经系统 肝 胆 胰和生殖系统等疾病的诊断主要靠现代成像技术 而X线检查的价值有限 23 英国工程师 Hounsfield 1969设计成功 1972公布于世 1979获诺贝尔奖 CT是通过X线管环绕人体某一层面进行扫描 测得该层面中各点吸收X线的数据 然后利用计算机高速运算和图像重建原理 获得该层面图像 计算机体层成像 computedtomography CT 24 CT的发展历程 25 CT的发展历程 第五代CT扫描机 没有球管和探测器的转动 26 1985年 滑环技术 1988年 螺旋CT机 1992年 双层CT机 1998年 四层CT机 2000年 8层CT机 螺旋CT的发展历程 2001年 16层CT机 2003年 64层CT机 平板CT 2005年双源CT 2007年320层CT 27 CT图像的特点 CT图像是数字化图像 是重建图像 是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按固有矩阵排列而成 这些像素的灰度反映的是相应体素的X线吸收系数 28 CT扫描模式图与图像重建 像素 层厚与CT图像 29 CT图像的特点 CT图像的基本单位是像素 虽然像素越小 数目越多 构成的图像越细致 空间分辨力 spatialresolution 就越高 但总体而言 CT图像的空间分辨力不及X线图像 尽管存在这一不足 但CT图像高的密度分辨力所产生的诊断价值要远远超过这一不利因素带来的负面影响 30 CT图像的特点 如同普通X线图像 CT图像亦是用灰度反映器官和组织对X线的吸收程度 与普通X线图像不同 CT的密度分辨力 densityresolution 高 相当于普通X线图像的10 20倍 31 CT图像的特点 CT能清楚显示由软组织构成的器官 如脑 脊髓 纵隔 肝 胰 脾 肾及盆腔器官 并可在良好图像背景上确切显示出病变影像 这种病灶的检出能力是常规X线图像难以比拟的 32 CT图像的特点 由于CT图像是数字化成像 因此不但能以不同的灰度来显示组织器官和病变的密度高低 而且还可应用X线吸收系数表明密度的高低程度 具有量化概念 这是普通X线检查所无法达到的 在实际工作中 CT密度的量化标准不用X线吸收系数 而是用CT值 单位为HU HunsfieldUnit 33 CT值CT值即代表CT图像象素内组织结构线性衰减系数相对值的数值公式 CT值 物 水 水 k 式中 K是分度系数 一般取为1000 单位 亨氏单位 Hu CT图像的特点 34 CT值人体组织的CT值划分为2000个单位 水的CT值为0 空气和密质骨的CT值分别为 1000和 1000 密质骨的CT值为上限 空气的CT值为下限 组织密度越大 CT值越高 组织密度越小 CT值越低 35 CT图像的特点 在荧光屏上 为了使CT图像上欲观察的组织结构和病变达到最佳显示 需使用窗技术 其包括窗位和窗宽 36 窗宽与窗位人体组织CT值的范围 1000 1000 CT图像上则以2000个灰阶表示这2000个CT值分度 但人眼只能分辨16个灰阶 2000 16 125Hu 即两种组织CT值差别在125Hu以内时则不能分辨 CT图像的特点 37 38 窗宽是指荧屏图像上包括16个灰阶的CT值范围窗位是指观察某一组织结构细节时 以该组织CT值为中心观察 CT图像的特点 39 40 部分容积效应 在同一扫描层面内含有两种以上不同密度而又相互重叠的物质时 所测CT值不能如实反映其中任何一种物质的CT值 这种现象称为部分容积现象 在诊断中 对小病变CT值的评价要注意 病变密度高于周围组织而厚度小于层面厚度 则所测病变CT值低于其本身 病变密度低于周围组织而厚度小于层面厚度 则所测病变CT值要高于其本身 CT图像的特点 41 A B C D 层厚 物体 所测CT值准确 直径10mm物体全部在扫描层中 中心CT值基本准确 周边不准确 物体部分位于扫描层面内 不能准确测得真实CT值 层厚 物体 不能测得物体真实CT值 CT图像的特点 42 CT图像的特点 CT图像是数字化图像 因此能够运用计算机软件进行各种后处理 CT图像后处理技术函概了各种二维显示技术 三维显示技术及其它多种分析 处理和显示技术 43 将改变传统的CT图像浏览模式 20th世纪 21th世纪 44 第三军医大学西南医院放射科 Volume3D 支架放置计划软件 直接三维技术 仿真结肠技术 薄层重建功能 肺结节检测技术 心脏冠状动脉三维成像技术 CT灌注技术 图像后处理技术 45 46 47 48 49 虚拟结肠镜 50 正常CT灌注图 CBF CBV MTT 51 CT脑灌注成像临床应用 脑血流量图 CBF 右侧坏死灶无血流灌注 左侧病变区血流量下降 脑血流容积图 CBV 右侧病灶无血容积 左侧血液容积减低 52 3D容积再现软件包 FeatureDescriptionOne touchheartwithautomatedtissue boneremoval3Dvisualization CoronaryarteriesHeartchambersCalcifiedplaquesStenoses stentsBypassgrafts 53 3DCoronaryTree FeatureDescriptionSingleseedinginaortaAutomaticheartchamberremovalDisplaycoronaryvesseltreein2Dor3DMIPorVRpresentationBaselinefordetailedcoronaryarteryanalysis 54 CT诊断的临床应用 CT检查由于它的突出优点即具有很高的密度分辨力 而易于检出病灶 特别是能够较早地发现小病灶 因而广泛用于临床 尤其是近年来 螺旋CT和多层CT的应用 以及多种后处理软件的开发 使得CT的应用领域在不断地扩大 55 CT诊断的临床应用 目前 CT检查的应用范围几乎函概了全身各个系统 特别是对于中枢神经系统 头颈部 呼吸系统 消化系统 消化管除外 泌尿系统和内分泌系统病变的检出和诊断都具有突出的优越性 56 57 CT检查的限度 CT检查使用X线 具有辐射性损伤 这就限制了CT在妇产科领域中的应用CT检查虽能发现绝大多数疾病 准确地显示病灶的部位和范围 然而如同其它影像学检查 CT对疾病的定性诊断仍然存在一定的限度 58 磁共振成像 magneticresonanceimaging MRI 1973年Lauterbur发表的新技术 磁共振成像 MRI 是利于人体中的氢原子核在磁场中受到射频脉冲激励而发生核磁共振现象 产生磁共振信号 经过信号采集和计算机处理获得图像的成像技术 59 MRI图像的特点 如同CT图像一样 MRI图像也是数字化图像 是重建的灰阶图像 因此亦具有窗技术显示和能够进行各种图像后处理的特点 60 MRI图像的特点 与CT检查的单一密度参数成像不同 MRI检查有多个成像参数的特点 即有反映T1弛豫时间的T1值 反映T2弛豫时间的T2值和反映质子密度的弛豫时间值 61 MRI图像的特点 主要反映的是组织间T1值差别 为T1加权像 T1weightedimage T1WI 主要反映的是组织间T2值差别 为T2加权像 T2weightedimage T2WI 主要反映的是组织间质子密度弛豫时间差别 为质子密度加权像 protondensityweightedimage PdWI 62 T1WI短TR 短TE组织的T1越短 信号就越强 越白 组织的T1越长 信号就越弱 越黑 T2WI长TR 长TE组织的T2越长 信号就越强 越白 组织的T2越短 信号就越弱 越黑 质子密度加权像长TR 短TE组织的质子密度越大 信号就越强 越白 质子密度越小 信号就越弱 越黑 MRI图像的特点 63 MRI图像的特点 在T1WI T2WI和PdWI像上产生不同的信号强度 具体表现为不同的灰度 MRI检查就是根据这些灰度变化进行疾病诊断的 因此 组织间以及组织与病变间弛豫时间的差别 是磁共振成像诊断的基础 64 65 黑白灰度对比 X光片 CT均以密度高低为特征MR图象是以信号高低 强弱为特征水 长T1 黑 长T2 白 骨皮质 完全性的钙化 黑 无信号 脂肪 短T1 白 短T2 暗灰 血流 常规扫描为流空 黑 肌肉 长T1 黑 短T2 黑 大多数肿瘤 长T1 长T2黑色素瘤 短T1 短T2 66 MRI图像的特点 MRI图像另一个特点是能多种序列成像最常应用的是经典的自旋回波 SE 序列和快速自旋回波 TSE FSE 序列梯度回波 gradientecho GRE 序列 反转恢复 inversionrecovery IR 序列和平面回波成像 echoplanarimaging EPI 等亦经常应用 67 MRI图像的特点 直接多方位成像也是MRI检查的一个特点 和常规CT通常获取的轴位断层图像以及通过后处理得到的重组图像不同 MRI检查可以直接获得轴位 冠状位和矢状位以及任何方位的倾斜断层图像 68 MRI图像的特点 MRI有高的组织分辨力MRI基于成像原理和多参数 多序列成像的特点 而具有高的组织分辨力 除常规序列外 一些特定的成像序列和成像方法更有利于正常或病变组织特征的显示 69 FLAIR序列 FluidAttenuationIR 水抑制序列 液体信号 自由水 被抑制 从而突出其他组织 常用于对CSF抑制 STIR或FS序列 脂肪抑制序列 对脂肪进行抑制 MRI图像的特点 70 T2WI FLAIR MRI图像的特点 71 T1FLAIR序列的图像特点及临床应用 T1SpinEcho T1Flair 信噪比高灰白质对比强 对解剖结构的显示是其它序列无法代替的对病变 尤其是邻近皮层的小病变的检出率优于T1WISE 72 T2FLAIR序列的图像特点及临床应用 保持T2对比度的同时抑制自由水信号突出结合水信号便于鉴别脑室内 周围高信号病灶 如多发性硬化 脑室旁梗塞灶 以及与脑脊液信号难于鉴别的蛛网膜下腔出血 肿瘤及肿瘤周围水肿等 73 T2WI T2WI脂肪抑制 MRI图像的特点 74 MRI图像的特点 快速自旋回波T2WI 快速自旋回波T2WI脂肪抑制 75 SWI是一种利用不同组织间的磁敏感性差异而成像的技术 对小静脉 微出血和铁沉积更敏感 MRI图像的特点 76 左侧顶枕叶动静脉畸形 MRI图像的特点 77 双侧大脑半球静脉发育畸形39岁 女性 偏头痛双侧大脑半球深部髓静脉汇入室管膜下静脉 MRI图像的特点 78 弥漫性轴索损伤DAI MRI图像的特点 79 多发性硬化有些病灶与静脉相连 有些病灶有铁质沉积 MRI图像的特点 80 MRI图像的特点 同反相 inphase IP 和反相位 opposedphase OP 成像脂水混合组织信号明显衰减 纯脂肪组织的信号没有明显衰减 勾边效应 肾上腺病变的鉴别诊断 因为肾上腺腺瘤中常含有脂质 反相位明显降低 其敏感性70 80 特异性90 5 脂肪肝的诊断与鉴别诊断 敏感性超过常规MRI和CT 判断肝脏局灶病灶内是否存在脂肪变性 因为肝脏局灶病变中发生脂肪变性者多为肝细胞腺瘤或高分化肝细胞癌 有助于肾脏或肝脏血管平滑肌脂肪瘤等其他含脂病变的诊断和鉴别诊断 81 MRI图像的特点 82 肝脏脂肪变性 同相位 A 梯度回波T1WI显示肝脏局限型短T1信号 反相位 B 梯度回波像显示因局灶性脂肪浸润产生的局灶性信号丢失区 MRI图像的特点 83 肝腺瘤 同相位 A 和反相位 B 梯度回波像显示肝右叶巨大肿块 箭示 因含有胞浆内脂质成分而在反相位像上有信号丢失 MRI图像的特点 84 肾上腺腺瘤 A 脂肪抑制T2W1显示在左侧肾上腺中等信号的肿块 箭示 B 同相位梯度回波T1W1显示肿块 箭示 的信号强度比脾 箭头示 稍高 C 反相位梯度回波像显示肾上腺肿块 箭示 的信号强度现在比脾 箭头示 明显减低 T2WI抑脂 同相位 反相位 MRI图像的特点 85 MRI图像的特点 MRI图像的特点还有基于流空现象 不使用对比剂 即可使血管和血管病变成像 即磁共振血管造影 magneticresonanceangiography MRA MRA不但能显示血管的形态学表现 而且可以反映血流方向和血流速度等方面的信息 86 87 MRI图像的特点 MRI功能成像 functionalMRI fMRI 可提供人体的功能信息 亦属MRI成像特点之一 包括扩散加权成像 diffusionwightedimaging DWI 灌注加权成像 perfusionwightedimaging PWI 和脑活动功能成像 88 灌注加权成像PWI 用超快速MR扫描技术 进行造影剂跟踪 显示造影剂首次通过的组织血流灌注情况并依需要作延迟增强 常用于脑 心肌的检查 弥散加权成像DWI 是以MR流动效应为基础的成像方法 与MRA不同的是 MRA观察的是宏观的血流现象 而DWI观察的是微观的水分子流动扩散现象 脑发生缺血时 PWI先有异常 出在6小时内 超急期 此时溶栓治疗 疗效最佳 若出现DWI异常时 则易出血 若T2WI出现病灶时 则为不可逆的 PWI DWI T2WI MRI图像的特点 89 右侧急性轻瘫 症状4小时 T2加权像无异常 同一时间 弥散加权像 4秒 见大片高信号 C E同一时间 团注对比剂5 10秒内的灌注成像 缺血区显示对比剂到达延迟 C D为病变区对比剂消散延迟 E为45秒后灌注基本趋于正常 90 弥散加权 ADC图 MRI图像的特点 91 发病3小时的脑梗死 MRI图像的特点 92 左顶颞叶cMRI正常 DWI高信号 ADC低信号 T1WI T2WI DWI ADC 超急性期脑梗死 MRI图像的特点 93 磁共振波谱 MRS 研究人体能量代谢病生理改变 通过显示组织生化学波谱 发现病变 这种生化代谢异常更早于病理形态学异常 MRI MRS 诊断 更敏感 更早期 更特异 MRS是一种化学位移技术 均匀磁场中 同种元素的同一种原子由于其化学结构差异 拉莫尔频率也不相同 这种频率差异称化学位移MRS实际是某种原子的化学位移分布图 横轴 化学位移 纵轴 各种具有不同化学位移原子的相对含量 94 胶质瘤 Cho增加 NAA降低 MRI图像的特点 95 前列腺癌1HMRSI表现Cho cr增高 cit降低 PCa CC C0 53 CC C2 22 枸橼酸盐 枸橼酸盐 胆碱 肌酸 96 磁共振弥散张量成像 diffusiontensorimaging DTI 实现活体观察组织结构的完整性和连通性 利于对各种疾病的引起的白质纤维束的损害程度及范围的判断 可用于显示脑白质内神经传导束的走行方向 实现对人的中枢神经纤维精细成像 MRI图像的特点 97 弓形纤维的神经束图 98 a 胼胝体的神经束图 冠状面 与彩色编码的FA图融合 横断面 矢状面 99 胼胝体上纵束下纵束皮质脊髓束 多神经束的神经束图 矢状面 横断面 各神经束可随意标示为各种不同颜色 100 FLAIR T2WI T1WIC T1WIC 脑膜上皮型脑膜瘤 常规MRI显示脑膜瘤的典型表现 何神经束受犯 良性脑膜瘤瘤 较大量瘤细胞浸润 101 上纵束向下移位 脑膜上皮型脑膜瘤 彩色编码的FA图 神经束成像图 彩色编码的